珠江三角洲平原土壤镉富集机制的地球化学研究

Soils with high heavy metals contents are distributed in the quaternary area of the Pearl River Delta, China. The environmental effect of Cadmium was the most significant among heavy metals. The accumulation of heavy metals in floodplain soils is mainly controlled by the geological background, the weathering and soil forming process, and superimposed by the impact of human activities. To date, the geochemical behavior of cadmium in the formation process of floodplain soils is still poorly understood and rarely quantified. It is of great significance to study the natural sources of cadmium and the enrichment mechanism of Cadmium in soil forming process. This project intends to carry out a pedo-geochemical survey on sediments and natural soils developed in different sedimentation divisions and river systems of the Pearl River Delta, China. It will focus on the natural source identification and enrichment mechanism of Cadmium in the soils. This application adopts comprehensive geochemical methods, such as element contents or ratios, mineralogical composition, zircon U-Pb age and Hf isotopic composition, Sr-Nd-Pb-Cd isotopic composition and sequential chemical extraction and so on. This research purposes identification of elements-isotope-mineralogy compositions of the sediments, establishment of geochemical identification fingerprints and model of end members, appointment of the different river systems contribution to cadmium in the soils, characteristics and control factors of cadmium accumulation in soils of different sedimentary areas, and cadmium occurrence and its influence factors in soil profiles. This study will illustrate the enrichment mechanism of natural source cadmium in the process of weathering and pedogenesis, and provide basic data and research case for the geochemical behavior of cadmium in floodplain soils.

珠江三角洲平原土壤重金属高含量区与第四系分布区高度吻合，镉的环境效应最为显著。冲积平原土壤重金属富集主要受流域地质背景、风化成土过程控制，也叠加了人为活动的影响。目前，对于冲积平原土壤形成过程中镉的地球化学行为还缺乏深入研究。因此，研究土壤镉的自然来源以及风化成土富集机制具有重要意义。本申请拟以珠江三角洲平原水系沉积物和不同沉积分区的自然林地土壤为主要研究对象，以土壤镉的自然来源识别和富集机制为研究主线，以元素、矿物学组成、锆石U-Pb年龄和Hf同位素组成、Sr-Nd-Pb-Cd同位素组成和连续化学提取等技术为主要手段，查明不同水系沉积物的元素和同位素组成以及矿物学特征，建立自然源端元的地球化学识别标志与模型，确定不同水系对土壤自然源镉的贡献率。明确不同沉积分区土壤自然源镉的富集特征及其关键控制因素，通过剖面研究查明冲积物风化成土过程中镉迁移转化的主控因素，最终阐明研究区土壤镉的富集机制。

冲积平原土壤重金属富集主要受流域地质背景、风化成土过程控制，也叠加了人为活动的影响。珠江三角洲平原土壤重金属高含量区与第四系分布区高度吻合，镉的环境效应最为显著。目前，对于冲积平原土壤形成过程中镉的地球化学行为还缺乏深入研究。本研究以珠江三角洲平原水系沉积物和不同沉积分区的自然林地土壤为主要研究对象，查明不同水系沉积物的元素和同位素组成以及矿物学特征，建立自然源端元的地球化学识别标志与模型，确定不同水系对土壤自然源镉的贡献率。明确不同沉积分区土壤自然源镉的富集特征及其关键控制因素，通过剖面研究查明冲积物成土过程中镉迁移转化的主控因素。水系沉积物常量元素和重金属元素数据因子分析结果表明：第一主因子包括Pb、Zn、As、Hg、Cd、有机质、Al2O3、TFe2O3、SiO2。表明它们可能具有相同的来源；有机质、Al、Fe及其氧化物可能是这些重金属元素的载体。第二主因子包括CaO、MgO、Cu、Cr、Ni元素。珠江三角洲平原区深层土壤的地球化学特征，包括高浓度的潜在毒性元素可能主要由北江和西江控制，是北江和西江地质背景和地理条件在流域下游的响应。在不同的沉积相中，重金属元素富集的程度不同；Cd，Pb和Zn在三角洲平原相的沉积环境下富集最显著，大于河流相，在三角洲前缘相中富集程度最低。不同沉积相中的各重金属元素的潜在活动态与其重金属总量的变化较为一致，Cd、Cu和Zn元素潜在活动态平均含量大小顺序为三角洲平原相＞河流相＞三角洲前缘相；Cd元素提取率最高，表明其潜在活动性最高，生态风险最大。在三种不同沉积相中的重金属元素含量均与Al2O3含量及粘粒含量呈现显著相关关系；与TFe2O3，Mn，磁化率均有一定的相关性；河流相及三角洲平原相中的重金属元素含量与Corg呈现显著相关；三角洲平原相及三角洲前缘相中，重金属元素含量与CaO含量呈现一定程度相关关系。在三角洲平原相及三角洲前缘相中，pH及CIA与重金属元素含量呈现一定程度相关关系。